Akatsuki (sonda spațială)

Akatsuki

Date generale

Organizare	JAXA
Program	PLANETĂ
Camp	Studiul atmosferei lui Venus
Tipul misiunii	Orbiter
stare	Orbitând în jurul lui Venus
Alte nume	Venus Climate Orbiter, Planet-C
Lansa	20 mai 2010de la baza de lansare Tanegashima
Lansator	H-IIA 202
Inserarea pe orbită	7 decembrie 2015
Identificator COSPAR	2010-020D
Site	JAXA

Caracteristici tehnice

Liturghie la lansare	320 kg (fără propulsori)
Sursa de energie	Panouri solare
Energie electrică	500 W (pe orbita lui Venus)

Principalele instrumente

IR1	Cameră cu infraroșu
IR2	Cameră cu infraroșu
LIR	Cameră cu infraroșu
LAC	Cameră cu infraroșu
UVI	Cameră ultravioletă
USO	Ocultarea radio

Akatsuki (japoneză あかつき,暁" Zori "),asemeneanumit Planet - C și Venus Climate Orbiter (" Orbiter[pentru studiul a]climatuldeVenus ") este osondă spațialăaJAXA,japonez agenția spațială ,Orbitertipal cărui obiectiv este acelaastudia climeiaplanetei Venus. Estelansatpe 20 mai 2010de o rachetă H-IIA tip 202 de la centrul spațial Tanegashima . 7 decembrie 2010, manevra sa de inserție pe orbita în jurul lui Venus eșuează din cauza eșecului propulsiei sale . Sonda continuă din traiectoria sa pe o orbită heliocentrică . Deși sonda este lipsită de propulsia sa principală, sonda spațială trece de7 decembrie 2015să se plaseze pe orbită în jurul lui Venus. Orbita sondei spațiale este totuși mult mai mare decât cea vizată, ceea ce nu îi va permite lui Akatsuki să își îndeplinească toate obiectivele științifice.

Obiective

Sonda urmează să orbiteze Venus și să studieze dinamica atmosferei planetei și super-rotația atmosferei superioare. Obiectivul central este de a înțelege evoluția climatului Venus prin studierea tuturor mișcărilor care apar în atmosfera venusiană. În plus, sonda trebuie să măsoare temperaturile atmosferice, să caute semne de activitate vulcanică și să detecteze posibile fulgere și tunete.

Pentru a-și îndeplini misiunea, sonda trebuie să circule pe o orbită foarte eliptică de 80.000 × 300 km cu o înclinație de 172 ° și o perioadă de revoluție de 30 de ore. Misiunea este de așteptat să dureze cel puțin doi ani: durata de viață a satelitului depinde în principal de cea a bateriilor.

Caracteristicile sondei

Akatsuki, care cântărește 500 kg cu combustibil la bord (320 kg uscat), are o formă paralelipipedică (1,04 metri × 1,45 metri × 1,4 metri). Două panouri solare , care furnizează un total de 500 de wați pe orbita lui Venus la sfârșitul misiunii, sunt plasate la capătul axelor situate de ambele părți ale corpului sondei și pot fi orientate cu un grad de libertate. Sonda este stabilizată 3 axe datorită 6 roți de reacție și 12 mici monoergol motoare de rachetă ( SCRs ) de ardere hidrazină , dintre care 8 au o împingere de 23 Newtoni și 4 o împingere a 3 N. Sonda spațiu utilizează o centrală electrică. Inerție , accelerometre și senzori stelari și solari pentru a controla orientarea acestuia. Pentru corecțiile cursului și manevrele la sosirea în apropiere de Venus, sonda are un motor rachetă OME (Orbital Maneuvering Engine) de 500 newtoni de forță consumând un amestec de propulsori hipergolici de hidrazină și peroxid de azot . Telecomunicațiile sunt în bandă X (transmițător de 20 wați) și utilizează o antenă fixă cu câștig mare de 1,6 metri în diametru, două antene cu câștig mediu și două antene cu câștig mic.

Instrumentele de la bord, care cântăresc 35 kg , includ 4 camere cu infraroșu și o cameră care funcționează în ultraviolet . Datorită unei alegeri precise a lungimilor de undă la care senzorii sunt sensibili, fiecare cameră permite studierea unui anumit strat al atmosferei:

Cameră cu infraroșu de 1μm (IR1) destinată studierii norilor joși, a aburului și a vulcanismului activ. Instrumentul cu o masă de 6,7 kg (inclusiv 3,9 kg de electronice partajate cu IR2) are un senzor CCD de tip Si-CSD / CCD cu o definiție de 1024 × 1024 pixeli și un câmp optic de 12 °. Lungimile de undă observate sunt de 1,01 μm (observații nocturne ale suprafeței și norilor), 0,97 μm (observații nocturne ale vaporilor), 0,90 μm (observații nocturne ale suprafeței și norilor), 0,90 μm (observații norilor diurne);
Cameră cu infraroșu de 2μm (IR2) destinată studierii norilor joși, a urmelor de gaze și a luminii zodiacale . Instrumentul cu o masă de 18 kg (inclusiv 3,9 kg de electronică partajată cu IR1 și un sistem de refrigerare) are un senzor CCD de tip PtSi-CSD / CCD cu o rezoluție de 1.024 x 1.024 pixeli și un câmp optic de 12 °. Lungimile de undă observate sunt de 1,75 μm (observații pe timp de noapte și distribuție a mărimii particulelor), 2,26 μm (observare pe timp de noapte și distribuție a dimensiunii particulelor), 2,32 μm (observare pe timp de noapte a monoxidului de carbon), 2,02 μm (observare pe timp de zi a stratului superior de nori), 1,65 μm (observarea luminii zodiacale);
Cameră cu infraroșu cu lungime de undă lungă (LIR) concepută pentru a studia distribuția temperaturii în partea de sus a norilor. Instrumentul cu o masă de 3,3 kg folosește un bolometru răcit cu o rezoluție de 320 x 540 pixeli pentru a observa lungimea de undă de 10 μm cu un câmp optic de 12 °;
imagerul cu ultraviolete (UVI) ar trebui să asigure distribuția dioxidului de sulf și a altor compuși detectabili pe lungimile de undă de 283 și 365 nm . Instrumentul cu o masă de 4,1 kg și are o Si-CCD tip senzor CCD cu o rezoluție de 1,024 x 1,024 pixeli și un câmp optic de 12 °;
instrumentul Lightning and Airglow Camera (LAC) trebuie să permită detectarea strălucirilor vizibile în atmosfera inferioară pentru a evidenția fenomenele de luminescență atmosferică (lumina emisă de oxigen în straturile superioare ale atmosferei) și pentru a confirma existența trăsnetelor . Echipamentul cu o masă de 2,3 kg efectuează observații în lungimile de undă 777,4 nm (lumina de noapte clipește și se descarcă), 480-650 nm (noapte: oxigen molecular), 557,7 nm (noapte: luminescență oxigen) și 545 nm (pentru calibrare);
echipamentele utilizate pentru un experiment de ocultare radio - Oscilatorul ultra-stabil , USO - va asigura distribuția verticală a temperaturii și a presiunii sub 90 km .

Costul de dezvoltare al Akatsuki este estimat la 25 de miliarde de yeni sau 230 de milioane de euro .

Conduita misiunii

Eșecul primei orbite în jurul lui Venus (mai-decembrie 2010)

Akatsuki este a 7- a navă spațială japoneză. Este lansat pe20 mai 2010de o rachetă H-IIA de la baza de lansare Tanegashima . Inițial, sonda a fost concepută pentru a fi lansată de o rachetă MT , dar a fost retrasă din serviciu în 2006. Cu o capacitate mai mare decât lansatorul pe care îl înlocuiește, racheta H-IIA transportă și vela solară experimentală . IKAROS (315 kg ) care va urma într-un mod practic pasiv (vela generează o împingere foarte slabă) aproximativ aceeași traiectorie spre Venus. De asemenea, transportă patru sateliți mici, dezvoltați de universități japoneze (UNITEC-1, Waseda-sat2, KSAT și Negai) ca parte a unui program al agenției spațiale japoneze pentru promovarea activităților spațiale. O primă manevră pentru corectarea traiectoriei sondei ( delta-v de 12 m / s ) este efectuată cu motorul rachetei OME pornit28 iunie 2010urmată de o secundă în noiembrie. 7 decembrie 2010, sonda își folosește propulsia pentru a se plasa pe orbita în jurul lui Venus, dar manevra eșuează. Datele de la senzor indică faptul că presiunea din rezervor a început să scadă sub valoarea nominală de îndată ce motorul a fost aprins. Tracțiunea motorului a fost redusă treptat până când a perturbat orientarea sondei după 2 minute și 23 de secunde, rezultând oprirea voluntară a propulsiei. Durata fazei propulsive programate a fost de 12 minute. Oficialii agenției japoneze fac ipoteza că sistemul care menține presiunea în tancuri, care se bazează pe injecția de heliu stocat sub presiune ridicată, nu a funcționat. Originea anomaliei se datorează probabil funcționării defectuoase a unei supape care furnizează oxidantul. Datorită unui raport incorect al amestecului combustibil / oxidant, duza acoperită cu ceramică a cunoscut temperaturi mai ridicate decât se aștepta la pornirea motorului și a fost, fără îndoială, deteriorată.

Încercare de salvare a misiunii (decembrie 2010-2015)

Inserarea pe orbita din jurul lui Venus nu a putut fi efectuată, Akatsuki este acum plasat pe o orbită heliocentrică (în jurul Soarelui). Pe această traiectorie, sonda ar trebui să zboare din nou peste planeta Venusdecembrie 2015. Cei responsabili de misiune speră apoi să poată face o nouă încercare în timpul unuia dintre aceste pasaje. Înseptembrie 2011, inginerii japonezi operează în mod repetat principalul OME de propulsie timp de câteva secunde pentru a-și finaliza diagnosticul și pentru a evalua dacă acesta poate fi utilizat în 2015. Rezultatul este negativ: accelerația obținută este de nouă ori mai mică decât se aștepta, iar forța este de 40 Newtoni în loc de 500 N. Inginerii cred că este probabil ca motorul să se degradeze în continuare. S-a luat decizia de a nu mai folosi propulsorul principal, ci de a utiliza motoare rachete mici ( RCS ) de 23 și 4 N de tracțiune pentru a controla orientarea sondei. Deoarece aceștia, spre deosebire de OME, sunt monoergoli (ard doar hidrazină), practic tot peroxidul de azot este drenat în octombrie, ceea ce ajută la ușurarea sondei și la creșterea eficienței propulsiei (reducerea masei face posibilă accelerarea sondei cu o cantitate mai mică de combustibil). Se efectuează trei manevre de corectare a cursului înnoiembrie 2011folosind motoare RCS în timp ce sonda se află la periheliul orbitei sale în jurul Soarelui. Obiectivul este plasarea sondei pe o traiectorie optimizată pentru următoarea sa întâlnire cu Venus. Dacă cea de-a doua întâlnire este preferabilă din punct de vedere științific, deoarece permite obținerea unei orbite mai în concordanță cu așteptările oamenilor de știință (mai aproape de ecuator), riscurile asociate cu extinderea duratei misiunii (sfârșitul misiunii a fost inițial planificat pentru sfârșitul anului 2012) a determinat echipa misiunii să prefere să efectueze o încercare încă din 2015. Până atunci, sonda a fost supusă unor condiții termice mai severe decât cele pentru care a fost proiectată cu multe pasaje. mai aproape de Soare.

Obiectivele revizuite ale misiunii științifice

A doua încercare de inserare a orbitei Akatsuki este programată pentru 7 decembrie 2015. Fără propulsori suficienți , sonda spațială nu se va putea așeza pe orbita de 79.000 x 300 km (periodicitate de 30 de ore) planificată, ceea ce a făcut posibilă sincronizarea pasajelor sondei spațiale cu rafalele de vânt care se ridică periodic. în straturile superioare ale planetei. Noua orbită va atinge un maxim de aproximativ 300.000 până la 400.000 km și va fi finalizată în 8-9 zile. Având în vedere această configurație, au fost definite noi obiective relativ apropiate de obiectivele inițiale:

când Akatsuki se află în zona orbitei sale cea mai îndepărtată de planetă (de peste zece ori diametrul lui Venus), instrumentele sale trebuie să respecte următoarele caracteristici ale întregului glob: nori, straturile profunde ale atmosferei și condițiile de suprafață;
Când sonda spațială se apropie de Venus și se află la 10 diametre de planetă, instrumentele trebuie să facă observații mai localizate pentru a studia convecția norilor, distribuția mișcărilor undelor și modificările care le afectează;
când Akatsuki este cel mai aproape de Venus, sonda spațială trebuie să studieze structura straturilor de nori și atmosfera sub incidență înclinată;
când sonda spațială se află în conul de umbră al Soarelui, instrumentele sale trebuie să studieze fulgerul și lumina cerului de noapte ;
Akatsuki trebuie să determine, de asemenea, structura stratificată a atmosferei și modificările acesteia prin emiterea undelor radio care vor trece prin atmosfera lui Venus și vor fi recepționate de stațiile de pe Pământ.

Inserarea pe orbită și progresul misiunii științifice (decembrie 2015-)

7 decembrie 2015, Akatsuki reușește să se așeze pe orbită în jurul lui Venus. Orbita sondei spațiale este de 444.000 x 400 km, cu o perioadă de 13 zile și 14 ore și o înclinație de 3̟ °. Apogeul orbitei trebuie redus la mai puțin de 400.000 km și înclinația ridicată pentru a evita perioade prelungite de eclipsă de soare, deoarece bateria permite o autonomie de doar 90 de minute.

Rezultate științifice

În 2016, o echipă de la Universitatea Rikkyo a publicat un articol în revista Nature care anunța detectarea undelor gravitaționale în atmosfera lui Venus. Aceste structuri de nor au fost identificate din imagini luate de sondă îndecembrie 2015.

Note și referințe

(în) „ Akatsuki ” pe Catalogul misiunilor NASA (accesat la 14 iulie 2012 )
(în) " Venus Climate Orbiter" AKATSUKI "Press Kit " , JAXA,2010
„ Sonda Akatsuki ratează lansarea pe orbita Venusiană ” , pe Buletinele electronice ,11 decembrie 2010
„ Japonia și-a lansat sonda venusiană ” , pe Buletinele electronice ,21 mai 2010
(în) „ Rezultatul manevrei de control al orbitei Orbiterului Venus Climat„ AKATSUKI ” pe JAXA ,6 iunie 2010
(ro) " Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI' Venus Observation Orbit Injection (VOI-1) Result " pe JAXA ,8 decembrie 2010
(în) „ Aprovizionarea cu combustibil poate să fi stricat Akatsuki ” pe Yomiuri Shimbun ,11 decembrie 2010
(în) " Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI': topic " pe JAXA (accesat la 15 iulie 2012 )
(în) „ Starea actuală AKASTUKI și operațiunea viitoare ” pe JAXA ,31 ianuarie 2012
(în) „ O nouă misiune pentru Akatsuki și actualizări de stare pentru Hayabusa 2 și Chang'e ” , despre The Planetary Society ,10 februarie 2015
Emily Lakdawalla, „ Noua orbită a lui Akatsuki, primele imagini și planurile științifice ” , pe JAXA ,10 decembrie 2015
(în) Tetsuya Fukuhara Masahiko Futaguchi , George L. Hashimoto și Takeshi Horinouchi , „ Mare undă gravitațională staționară în atmosfera lui Venus ” , Nature Geoscience , vol. publicare online anticipată,16 ianuarie 2017( ISSN 1752-0908 , DOI 10.1038 / ngeo2873 , citit online , consultat la 22 ianuarie 2017 )

Vezi și tu

Bibliografie

(ro) Paolo Ulivi și David M. Harland , Explorarea robotică a sistemului solar: Partea 4: Era modernă 2004-2013 , Springer Praxis,2014, 567 p. ( ISBN 978-1-4614-4811-2 )